专利名称：无动力氨回收工艺及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种尾气回收系统，特别涉及一种无动力氨回收工艺及装置。
背景技术：
目前，合成氨系统的氨罐驰放气中氨含量一般在17～62％，如果直接排放，不但造成浪费，而且严重污染环境。目前，大多合成氨企业对氨罐驰放气中的氨进行回收，方法是将氨罐驰放气经过水洗制成氨水，再用高温蒸汽蒸出氨后将其中的氨回收出来，但是使用这种方法回收氨的效率不高而且又增加了软水的消耗和能耗，低浓度的氨水更是无法利用。
发明内容
针对上述现有技术所存在的问题和不足，本发明的目的是提供一种高效节能的无动力输入氨回收工艺及装置。本发明是利用合成氨系统尾气本身的工作压力膨胀制冷，使系统温度降低，从而使氨罐弛放气中的高沸点的物质氨液化分离出来达到回收目的。本发明还可以在冷量富余的情况下，将回收到的高压液态氨直接送往氨槽存储。在冷量不富裕的情况下可以以较低压力的气氨通过热交换器后，回收部分冷量再送出本系统。整套装置无需额外动力输入，氨回收效率高达99％以上，具有良好的经济效益。
本发明是这样实现的一种无动力氨回收装置，包括氨罐弛放气进气管、换热器组、气液分离器组、膨胀机组、节流阀组、排气管和氨回收罐，其中所述的换热器组包括两台或两台以上的换热器，每台换热器设有一条或一条以上的热介质通道和一条或一条以上的冷介质通道，所述的节流阀组包括一个或一个以上的节流阀，所述的气液分离器组包括两台或两台以上的气液分离器，每台气液分离器设有气体出口和液体出口，每台气液分离器的液体出口连接一个节流阀，所述的膨胀机组包括一台或一台以上的膨胀机；第一级换热器热介质通道入口与弛放气进气管连接，该热介质通道的出口连接第一级气液分离器的入口，第一级气液分离器的液体出口由管道连接节流阀入口，节流阀出口由管路连接到第一级换热器的一条冷介质通道入口，该冷介质通道的出口与氨回收罐相连；第一级气液分离器的气体出口由管路连接到第二级换热器的一条热介质通道入口，该热介质通道的出口连接第二级气液分离器的入口，第二级气液分离器的气体出口通过管道又与下一级(第三级)换热器的一条热介质通道入口相连接，第二级气液分离器液体出口通过管路连接到节流阀的入口，节流阀的出口通过管路连接到上一级(第二级)换热器的一条冷介质通道入口，该冷介质通道的出口通过管路连接到上一级(第一级)气液分离器液体出来通过节流阀后的连接管路上，其后的换热器和气液分离器的连接以此类推；最后一级气液分离器的气体出口连接到其上一级换热器的一条冷介质通道的入口，该冷介质管道可以经过一级或一级以上的换热器热交换后与膨胀机的入口连接，膨胀机的出口连接到最后一级换热器的一条冷介质通道的入口，该冷介质管道依次穿过前面所有的换热器后与排气管相连接。最后一级气液分离器的液体出口通过管路连接到节流阀的入口，节流阀的出口可以通过上一级换热器的一条冷介质通道与上一级气液分离器液体出来经过节流阀后的连接管相连接，也可以通过管路直接与上一级气液分离器液体出来经过节流阀后的连接管相连接。
利用上述无动力氨回收装置进行氨回收的工艺，包括以下步骤1、氨罐弛放气由弛放气进气管进入到第一级换热器的一条热介质通道中，经第一级换热器冷却后部分氨变为液体由该热介质通道进入第一级气液分离器，其中的液体氨由第一级气液分离器的液体出口流出经节流阀减压后进入第一级换热器的一条冷介质通道中，在第一级换热器内交还冷量后由该冷介质通道流入氨回收罐；2、第一级气液分离器中的气体部分由气体出口流出进入第二级换热器的一条热介质通道中，经第二级换热器冷却后进入第二级气液分离器，液体氨由第二级气液分离器的液体出口流出经节流阀减压后返流入第二级换热器的一条冷介质通道中，在第二级换热器内交还冷量后由该冷介质通道流出与由上一级(第一级)气液分离器流出经节流阀减压的氨汇合进行步骤1中由第一级气液分离器流出经节流阀减压后的氨的流程；3、第二级气液分离器中的气体部分由气体出口流出进入下一级(第三级)换热器的一条热介质通道中，经该换热器冷却后进入下一级(第三级)气液分离器中，该气液分离器及其以后的换热器和气液分离器中的气体和液体氨的工作流程与步骤1和步骤2中所述的气体和液体氨的工作流程相同；4、最后一级气液分离器中的气体部分由气体出口流出返流入上一级或一级以上的换热器的冷介质通道中，经换热器复热后流入膨胀机，在膨胀机内膨胀制冷，温度下降后返流入最后一级换热器的一条冷介质通道中，然后由最后一级换热器依次流入其上一级换热器、最后流入第一级换热器中，在各级换热器内交还冷量自身温度升高后由排气管排出；5、最后一级气液分离器分离的液体氨由分离器的液体出口流出经节流阀减压后返流入上一级换热器的一条冷介质通道中，在该换热器中复热后与由上一级气液分离器的液体出口流出经节流阀减压后的氨汇合，该混合的液体氨的其后的工艺流程与由上一级气液分离器的液体出口流出经节流阀减压后的液体氨的工艺流程相同。
本发明所能达到的有益效果是1、利用氨罐驰放气自身的压力于膨胀机内膨胀制冷，来冷却正流入换热器组中的氨罐驰放气达到回收氨的目的，该设备无需额外输入动力，大大降低了能耗。
2、使用该装置回收氨的纯度大于99％，分氨后的氨罐驰放气中的残余氨含量根据用户处可以利用的条件不同而不同，一般可以小于1％。
3、如果可以利用高压放空气膜提氢尾气作为辅助冷却气体进行氨回收，整个系统运行会更加平稳，残余氨含量可以进一步降低，或回收到的氨可以是高压液氨。
图1是本发明实施例1的无动力氨回收装置的示意图；图2是本发明实施例2的无动力氨回收装置的示意图；图3是本发明实施例3的无动力氨回收装置的示意图；图4是本发明实施例4的无动力氨回收装置的示意图。
具体实施例方式
实施例1如图1所示，本发明的无动力输入氨回收装置包括氨罐弛放气进气管1、换热器组、气液分离器组、膨胀机4、节流阀组和氨回收罐6，所述换热器组包括换热器2、换热器2′和换热器2″，气液分离器组包括气液分离器3、气液分离器3′和气液分离器3″，节流阀组包括节流阀5和节流阀5′。氨罐弛放气进气管1与换热器2的热介质通道21连接，通道21的出口与气液分离器3的入口相连接，分离器3的液体出口32与节流阀5连接，节流阀5的出口连接换热器2的冷介质通道22的入口，冷介质通道22的出口与氨回收罐6相连接，分离器3的气体出口31与换热器2′的热介质通道2′1相连接，热介质通道2′1的出口连接气液分离器3′的入口，分离器3′的液体出口3′2与节流阀5′连接，节流阀5′的出口连接换热器2′的冷介质通道2′2，通道2′2的出口连接到节流阀5与通道22之间的管道上，分离器3′的气体出口3′1与换热器2″的热介质通道2″1连接，通道2″1的出口连接气液分离器3″的入口，分离器3″的液体出口3″2连接到分离器3′的液体出口3′2与节流阀5′之间的管道上，分离器3″的气体出口3″1连接换热器2″的冷介质通道2″2的入口，通道2″2的出口连接换热器2′的冷介质通道2′3，通道2′3的出口连接膨胀机4的入口，膨胀机4的出口连接换热器2″的冷介质通道2″3的入口，通道2″3的出口连接换热器2′的冷介质通道2′4的入口，通道2′4的出口连接换热器2的冷介质通道23的入口，通道23的出口与排气管7相连接。
本发明利用图1所示装置进行氨回收的工艺流程如下1、氨罐驰放气由进气管1进入换热器2的热介质通道21，在换热器2中冷却后，部分氨变为液体通过热介质通道21进入气液分离器3，经过分离后液体氨由分离器3的液体出口32经节流阀5减压后流入换热器2冷介质通道22中，在换热器2中提供冷量后流入氨回收罐6。
2、气液分离器3中的气体由气体出口31进入换热器2′的热介质通道2′1中，在换热器2′中经过冷却后进入气液分离器3′，经过分离后液体氨由分离器3′的液体出口3′2流出通过节流阀5′流入换热器2′的冷介质通道2′2，在换热器2′中提供冷量后与由气液分离器3的液体出口32流出再经节流阀5减压的氨汇合，一同流入换热器2的冷介质通道22中，在换热器2中提供冷量后流入氨回收罐6。
3、经气液分离器3′分氨以后的氨罐弛放气由分离器3′的气体出口3′1进入换热器2″的热介质通道2″1中，在换热器2″中经过冷却后进入气液分离器3″，经过分离后液体氨由分离器3″的液体出口3″2流出与由气液分离器3′的液体出口3′2流出的液体氨汇合，其后的工艺流程与由气液分离器3′的液体出口3′2流出的液体氨的工艺流程相同。
4、经气液分离器3″分氨后的氨罐弛放气尾气由分离器3″的气体出口3″1依次返流入换热器2″的冷介质通道2″2和换热器2′的冷介质通道2′3，在换热器中提供冷量后进入膨胀机4膨胀制冷，温度降低后由膨胀机4的出口依次返流入换热器2″的冷介质通道2″3、换热器2′的冷介质通道2′4和换热器2的冷介质通道23，冷却换热器热介质通道中的氨罐弛放气后由排气管7排出。
本发明能同时达到提供冷量和回收氨的目的。
实施例2如果同时使用合成氨系统尾气中的高压放空气膜提氢尾气来制冷，其回收效果会更好。
如图2所示，与实施例1相比，本实施例增加了高压放空气膜提氢尾气来辅助制冷。在换热器2和换热器2′中分别增设了一条热介质通道24和2′5，通道24的入口与提氢尾气进气管8相连接，通道24的出口与通道2′5的入口相连接，通道2′5的出口连接到膨胀机4与通道2″2之间的管道上。如图2所示，在换热器2″中增设一条冷介质通道2″4，气液分离器3″的液体出口3″2连接节流阀5″，节流阀5″的出口与换热器2″的冷介质通道2″4的入口连接，通道2″4的出口与节流阀5′和通道2′2之间的管道连接，冷介质通管道2′2的出口与氨回收罐6′相连接。
本发明利用图2所示装置进行氨回收的工艺流程如下高压放空气膜提氢尾气由提氢尾气进气管8依次进入换热器2中的热介质通道24和换热器2′中的热介质通道2′5，经过换热器2和换热器2′冷却后的高压放空气膜提氢尾气与由气液分离器3″的气体出口3″1流出、经过换热器2″复热的分氨后尾气混合，混合后的气体通过管路进入膨胀机4中，该混合气体的工作流程与实施例1中由膨胀机4流出的分氨后尾气的工作流程相同。
由气液分离器3″的液体出口3″2流出的液体氨经节流阀5″减压后流入换热器2″的冷介质通道2″4中，经换热器2″复热后与由气液分离器3′流出经过节流阀5′减压的液体氨汇合一同流入换热器2′的冷介质通道2′2中，经换热器2′复热后流入氨回收罐6′。
本实施例的其它工艺流程与实施例1相同。
去膨胀机4膨胀的气体是分氨后尾气和高压放空气膜提氢尾气的混合气体，所以膨胀气量增加了，制冷量也增加了。使用该装置用户可以回收到不同压强的氨。
实施例3如果高压放空气膜提氢尾气量很多，与实施例2相比，在本实施例中增加了使用高压放空气膜提氢尾气作为膨胀气体的膨胀机4′。如图3所示，膨胀机4′的进气口与换热器2的热介质通道24的出口相连，膨胀机4′的出气口连接换热器2′的冷介质通道2′4的入口。
本发明利用图3所示装置进行氨回收的工艺流程如下高压放空气膜提氢尾气由提氢尾气进气管8进入换热器2的热介质通道24，经换热器2预冷后，一部分提氢尾气进入换热器2′的热介质通道2′5，经换热器2′进一步冷却后与经过换热器2″复热的分氨尾气混合，进入膨胀机4进行实施例2的流程；另一部分提氢尾气进入新增膨胀机4′，经膨胀机4′膨胀后的低温气体和返流的混合气体汇合，一同返流依次进入换热器2′的冷介质通道2′4和换热器2的冷介质通道23，冷却换热器2′和换热器2的热介质通道中的气体，自身温度升高后由排气管7排出。
从各气液分离器液体出口出来的液态氨不用减压，返流经过换热器组后，以高压液氨的形式流入氨回收罐6。
本实施例的其它工艺流程与实施例1相同。
实施例4如果用户的高压放空气膜提氢尾气量很小或没有，则可以使用合成氨系统尾气中的脱碳高闪气来膨胀制冷。
与实施例1和实施例2相对比，在本实施例中增加了使用脱碳高闪气作为膨胀气体的膨胀机4″。如图4所示，膨胀机4″的入气口与脱碳高闪气进气管9相连接，膨胀机4″的出口连接换热器2的冷介质通道25的入口，通道25的出口与脱碳高闪气排气管10相连接。
本发明利用图4所示装置进行氨回收的工艺流程如下脱碳高闪气由脱碳高闪气进气管9进入膨胀机4″中，经过膨胀制冷后温度下降，由膨胀机4″的出口进入换热器2的冷介质通道25中，冷却换热器2的热介质通道中的气体，自身温度升高后由脱碳高闪气排气管10排出。
本实施例的其它工艺流程与实施例1和实施例2相同。
权利要求
1.一种无动力氨回收装置，其特征在于，该装置包括氨罐弛放气进气管、换热器组、气液分离器组、膨胀机组、节流阀组、排气管和氨回收罐，其中所述的换热器组包括两台或两台以上的换热器，每台换热器设有一条或一条以上的热介质通道和一条或一条以上的冷介质通道，所述的节流阀组包括一个或一个以上的节流阀，所述的气液分离器组包括两台或两台以上的气液分离器，每台气液分离器设有气体出口和液体出口，每台气液分离器的液体出口连接有节流阀，所述的膨胀机组包括一台或一台以上的膨胀机；第一级换热器的热介质通道入口与弛放气进气管连接，该热介质通道的出口连接第一级气液分离器的入口，第一级气液分离器的液体出口通过管路连接节流阀入口，节流阀出口通过管路连接到第一级换热器的一条冷介质通道入口，该冷介质通道的出口与氨回收罐相连；第一级气液分离器的气体出口通过管路连接到第二级换热器的一条热介质通道入口，该热介质通道的出口连接第二级气液分离器的入口，第二级气液分离器的气体出口通过管道又与下一级换热器的一条热介质通道入口相连接，第二级气液分离器液体出口通过管路连接到节流阀的入口，节流阀的出口通过管路连接到上一级换热器的一条冷介质通道入口，该冷介质通道的出口通过管路连接到上一级气液分离器液体出来通过节流阀后的连接管路上，其后的换热器和气液分离器的连接以此类推；最后一级气液分离器的气体出口连接到其上一级换热器的一条冷介质通道的入口，该冷介质管道可以经过一级或一级以上的换热器热交换后与膨胀机的入口连接，膨胀机的出口连接到最后一级换热器的一条冷介质通道的入口，该冷介质管道依次穿过前面所有的换热器后与排气管相连接。最后一级气液分离器的液体出口通过管路连接到节流阀的入口，节流阀的出口通过前级换热器的一条冷介质通道与上一级气液分离器液体出来经过节流阀后的连接管相连接。
2.根据权利要求1所述的无动力氨回收装置，其特征在于，所述的最后一级气液分离器的液体出口通过管路连接到节流阀，该节流阀的出口通过管路直接与上一级气液分离器液体出来经过节流阀后的连接管相连接。
3.根据权利要求1所述的无动力氨回收装置，其特征在于，该装置还包括提氢尾气进气管，该进气管与第一级换热器的一条热介质通道入口相连接，该热介质通道穿过一级或一级以上的换热器后与膨胀机的进气口相连接。
4.根据权利要求3所述的无动力氨回收装置，其特征在于，该装置还包括提氢尾气膨胀机，该膨胀机的入口通过第一换热器的一条热介质通道与提氢尾气进气管相连接，膨胀机的出口与第二级换热器的一条冷介质通道的入口相连接，该冷介质通道的出口与第一级换热器的一条冷介质通道的入口相连，该第一级换热器的冷介质通道的出口与排气管相连接。
5.根据权利要求3所述的无动力氨回收装置，其特征在于，该装置还包括脱碳高闪气排气管、脱碳高闪气进气管和与该进气管相连的脱碳高闪气膨胀机，该膨胀机出口通过第一换热器的一条冷介质管道与脱碳高闪气排气管相连。
6.一种利用权利要求1至5中任一权利要求所述无动力氨回收装置进行氨回收的工艺，该工艺包括以下步骤A、氨罐弛放气由弛放气进气管进入到第一级换热器的一条热介质通道中，经第一级换热器冷却后部分氨变为液体由该热介质通道进入第一级气液分离器，其中的液体氨由第一级气液分离器的液体出口流出经节流阀减压后进入第一级换热器的一条冷介质通道中，在第一级换热器内交还冷量后由该冷介质通道流入氨回收罐；B、第一级气液分离器中的气体部分由气体出口流出进入第二级换热器的一条热介质通道中，经第二级换热器冷却后进入第二级气液分离器，液体氨由第二级气液分离器的液体出口流出经节流阀减压后返流入第二级换热器的一条冷介质通道中，在第二级换热器内交还冷量后由该冷介质通道流出与由上一级气液分离器流出经节流阀减压的氨汇合进行步骤A中由第一级气液分离器流出经节流阀减压后的氨的流程；C、第二级气液分离器中的气体部分由气体出口流出进入下一级换热器的一条热介质通道中，经该换热器冷却后进入下一级气液分离器中，该气液分离器及其以后的换热器和气液分离器中的气体和液体氨的工作流程与步骤A和步骤B中所述的气体和液体氨的工作流程相同；D、最后一级气液分离器中的气体部分由气体出口流出返流入上一级或一级以上的换热器的冷介质通道中，经换热器复热后流入膨胀机，在膨胀机内膨胀制冷，温度下降后返流入最后一级换热器的一条冷介质通道中，然后由最后一级换热器依次流入其上一级换热器、最后流入第一级换热器中，在各级换热器内交还冷量自身温度升高后由排气管排出；E、最后一级气液分离器分离的液体氨由该气液分离器的液体出口流出经节流阀减压后返流入上一级换热器的一条冷介质通道中，在该换热器中进行热交换后与由上一级气液分离器的液体出口流出经节流阀减压后的氨汇合，该混合液体氨的其后的工艺流程与由上一级气液分离器的液体出口流出经节流阀减压后的液体氨的工艺流程相同。
7.一种根据权利要求6所述的无动力氨回收工艺，其特征在于，该工艺还包括使用高压放空气膜提氢尾气作为冷却气体，高压放空气膜提氢尾气由提氢尾进气管进入到第一级换热器的一条热介质通道中，经过一级或一级以上的换热器冷却后，与由最后一级气液分离器流出、经过一级或一级以上的换热器复热的分氨后尾气混合一同流入膨胀机内膨胀制冷。
8.一种根据权利要求7所述的无动力氨回收工艺，其特征在于，所述的高压放空气膜提氢尾气由提氢尾气进气管流入到第一级换热器的一条热介质通道中，经过换热器冷却后，一部分高压放空气膜提氢尾气由该热介质通道进入到提氢尾气膨胀机中膨胀制冷，温度降低后由该膨胀机流出与返流的分氨尾气混合依次流入第二级换热器、第一级换热器的冷介质通道中，冷却换热器热介质通道中的气体自身温度升高后由排气管排出。
9.一种根据权利要求7所述的无动力氨回收工艺，其特征在于，该工艺还包括使用脱碳高闪气作为冷却气体，脱碳高闪气由脱碳高闪气进气管进入到脱碳高闪气膨胀机中膨胀制冷，温度降低后由该膨胀机流出进入第一级换热器的一条冷介质通道中，冷却换热器热介质通道中的气体，自身温度升高后由脱碳高闪气排气管排出。
全文摘要
本发明公开了一种高效节能的无动力氨回收工艺及装置。该装置包括氨罐弛放气进气管、换热器组、气液分离器组、膨胀机组、节流阀组、排气管和氨回收罐。氨罐弛放气通过多级换热器和带节流阀的气液分离器后低温回收驰放气中的氨，多级换热器中都有膨胀机组提供的低温冷气，使回收效果更佳。利用本发明可以将合成氨系统尾气中的氨全部回收，不但增加了产量，降低了成本，而且排放的尾气可以达到无氨污染。
文档编号C01C1/00GK1837049SQ200610067179
公开日2006年9月27日 申请日期2006年4月5日 优先权日2006年4月5日
发明者王文川, 杨克剑 申请人:北京科瑞赛斯气体液化技术有限公司